10.1 电势能和电势 课件(共16张PPT)-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

(共16张PPT)
第十章：静电场中的能量
10.1 电势能和电势
学习目标
（1）通过计算在匀强电场中移动电荷節电力所做的功，认识静电力做功跟路径无关的特点。
（2）通过类比重力勢能可1人电勢能，体会能量观点是分析物理问题的重要方法，并进一步么识到物理学的和谐统一性。
（3）理解电势能的变化与静电力做功的关系。知道常见的电势能零点的规定方法。
（4）通过建立电势概念的过程，理解电势是从能的角度描达电场的物理量。会判断电场中两点电势的高低。
√
课堂引入
古代，人们用弩来加速箭，箭的速度能达到 102 m/s数量级；后来，人们又在枪膛中用火药加速子弹，子弹的速度能达到 103 m/s数量级；而 现代，人们需要用高速的微观粒子轰击另一微观粒子来进行科学研究，其速度的数量级达到 107 m/s，那是怎样加速的呢？
告诉粒子所获得的巨大能量又是从何而来呢？
知识回顾
重力势能的研究 动能的研究 弹性势能的研究
功是能量转化的量度，因此从做功的角度来研究能量是一种常用的研究方式。
一、静电力做功特点
情境：
①把q沿直线AB从A点移动到B点
②把q沿折线AMB从A点移动到B点
③把q沿任意曲线ANB从A点移动到B点
F
d
结论：静电力所做的功与电荷的起始位置和终止位置有关，与电 荷经过的路径无关。
一、静电力做功特点
类比：
推理：
1、电势能：电荷在电场中也具有势能，我们称这种形式的能为电势能。
2、静电力做功与电势能的关系：
静电力做正功，电势能减少。静电力做负功，电势能增加。
匀强电场的电场强度为60 N/C，AB为5cm，BC为12cm，其中AB沿电场方向，BC和电场方向的夹角为60。将电荷量为4×10-8 C的正电荷从A点移到B点，再从B点移到C点，静电力做了多少功？电荷在A点的电势能可求吗？
二、电势能
3、电势能的相对性：
(1)要确定电荷在某点的电势能，必须先规定零势能位置。
(2)原则上零势能的位置可以任意选取，通常把电荷在离
场源电荷无限远处或大地表面上的电势能规定为0。
电荷在某点的电势能，等于把电荷从这点移动到零势能位置时静电力做的功。
思考：如果将一个负电荷-q从A移动到B，电场力做功如何？电荷-q在电场中某点的电势能与电荷+q在该点的电势能相同吗？
可见：静电力做功情况比重力做功更加复杂，因为电荷的种类有正负两种。
4、电势能的系统性：
电势能是相互作用的电荷所共有的，或者说是电荷及对它作用的电场所共有的。我们说某个电荷的电势能，只是一种简略的说法。
二、电势能
1、概念：电荷在电场中具有的势能。用Ep表示。
2、静电力做功与电势能的关系：
静电力做正功，电势能减少。静电力做负功，电势能增加。
3、电势能的相对性：电荷在某点的电势能，等于把电荷从这点移动到零势能位置时静电力做的功。
4、电势能的系统性：电势能是相互作用的电荷所共有的，或者说是电荷及对它作用的电场所共有的。
类比 重力做功 静电力做功
相同 与路径无关，做功的过程对应势能的变化。
不同 重力只有引力一种，而电荷有正负两种，静电力也有吸引和排斥两种，因而情况更为复杂。
思考：摩擦力与上述两种力做功有何区别？
二、电势能
练习1、一带电粒子在正电荷形成的电场中，运动
轨迹如图所示的abcd曲线，下列判断正确的是(　　)
A．粒子带负电
B．粒子通过a点时的速度比通过b点时大
C．粒子从a点运动到d点，电场力先做正功，后做负功
D．粒子在a点时的电势能比b点大
√
E
F
G
H
小结：规定无限远处为零势能位置，若场源为正点电荷，则：
其周围的正电荷电势能为正值，且电荷越靠近场源，电势能越大；
其周围的负电荷电势能为负值，且电荷越靠近场源，电势能越小。
思考：若场源为负点电荷呢？
电势能虽有正负，但电势能是标量。
三、电势
如图，有一个电场强度为 E 的匀强电场,规定电荷在O点电势能为零，将一个电荷量为+q的电荷放在A点，电荷的电势能与哪些因素有关？
解：
又∵且=0
∴
思考：若将电荷换成nq，情况如何？若将电荷换成-Q呢？
换成nq： 换成-Q：
与该点相对零势能点的位置关系，和放入该点的电荷量的大小及正负有关。
类比电场强度定义：
三、电势
1、定义：电荷在电场中某一点的电势能与它的电荷量之比。
2、定义式： ，符号：
特别提醒： (1)φ取决于电场本身；(2)公式中的Ep、q均需代入正负号。
3、单位：伏特；符号：V。1V=1J/C
4、相对性：电场中某点的电势是相对的，与零电势点的选取有关。
在物理学的理论研究中，常取离场源电荷无限远处的电势为 0，在实际应用中常取大地的电势为0（因为地球的电势十分稳定）。
5、矢标性：电势只有大小，没有方向，是个标量。
6、电势高低的判断：沿着电场线方向电势逐渐降低。
其他判断方法：对于正电荷，电势能越大，所在位置的电势越高；
对于负电荷，电势能越小，所在位置的电势越高。
和中的q无需带正负号
三、电势
6、电势高低的判断：沿着电场线方向电势逐渐降低。
7、电场强度E和电势的比较
比较 电场强度 电势
不同点
描述电场的力的性质 描述电场的能的性质
矢量 标量
相同点 电场线越密集，E 越大 沿着电场线的方向逐渐降低
三、电势
练习2、如图所示，Q1和Q2是两个固定的负点电荷，在它们的连线上有a、b、c三点，其中b点的合场强为零，现将另一正点电荷q由a点沿连线移动到c点，在移动的过程中，点电荷q的电势能变化是(　　)
A．不断减小 B．不断增大
C．先增大后减小 D．先减小后增大
√
三、电势
练习3、(多选)如图所示，两个等量的正点电荷分别置于P、Q两位置，在P、Q连线的垂直平分线上有M、N两点，另有一试探电荷q，则(　　)
A．若q是正电荷，q在N点的电势能比在M点的电势能大
B．若q是负电荷，q在M点的电势能比在N点的电势能大
C．无论q是正电荷还是负电荷，q在M、N两点的电势能都一样大
D．无论q是正电荷还是负电荷，q在M点的电势能都比在N点的电势能小
√
√
三、电势
练习4、如图所示，虚线AB和CD分别为椭圆的长轴和短轴，相交于O点，两个等量异种点电荷分别处于椭圆的两个焦点M、N上，下列说法正确的是(　　)
A．A、B两处电势、电场强度均相同
B．C、D两处电势、电场强度均相同
C．在虚线AB上O点的电场强度最大
D．带正电的试探电荷在O处的电势能小于在B处的电势能
√
课堂小结
概念的建立：
静电力做功 电势能
重力做功 重力势能
电势能 电势
电场力 电场强度
类比
类比
概念的理解：
电势能：
；
电势能的相对性；
电势能的系统性；
电势：
描述电场的能的性质；
具有相对性；
沿着电场线方向电势逐渐降低。